JP5907140B2 - Matrix converter - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、マトリクスコンバータに関する。   The disclosed embodiments relate to a matrix converter.

マトリクスコンバータは、交流電源の各相と負荷の各相とを接続する複数の双方向スイッチを有しており、これらの双方向スイッチを制御して交流電源の各相電圧を直接スイッチングすることで負荷へ任意の電圧・周波数を出力する。   The matrix converter has a plurality of bidirectional switches that connect each phase of the AC power supply and each phase of the load. By controlling these bidirectional switches, each phase voltage of the AC power supply is directly switched. Output any voltage / frequency to the load.

かかるマトリクスコンバータは、負荷に接続する交流電源の相を双方向スイッチにより切り替える際に、双方向スイッチを構成する複数のスイッチング素子のそれぞれを所定の順序で個別にオン／オフする転流制御を行う。これにより、入力相の相間短絡や出力相の開放などが防止される。   Such a matrix converter performs commutation control in which a plurality of switching elements constituting the bidirectional switch are individually turned on / off in a predetermined order when the phase of the AC power source connected to the load is switched by the bidirectional switch. . This prevents a short circuit between the input phases and the opening of the output phase.

かかる転流制御として、例えば、電流転流法による転流制御が知られている。電流転流法は、負荷への出力電流の極性に従ったオンオフパターンによりスイッチング素子を制御する転流法である。かかる電流転流法では、負荷に接続する交流電源の相を短い時間に連続して切り替えるような場合、転流制御の途中で次の転流制御が開始され、出力相の開放などの転流失敗が発生するおそれがある。そして、かかる転流失敗は、サージ電圧による出力電圧の精度低下などを引き起こすおそれがある。   As such commutation control, for example, commutation control by a current commutation method is known. The current commutation method is a commutation method in which a switching element is controlled by an on / off pattern according to the polarity of an output current to a load. In such a current commutation method, when the phase of the AC power source connected to the load is continuously switched in a short time, the next commutation control is started in the middle of the commutation control, and the commutation such as opening of the output phase is performed. Failure may occur. Such commutation failure may cause a decrease in accuracy of the output voltage due to a surge voltage.

そこで、転流失敗を防止しつつ、負荷に接続する交流電源の相を短い時間に連続して切り替える転流法が提案されている。例えば、双方向スイッチを構成するスイッチング素子のうち、交流電源における最大電圧の相と中間電圧の相に接続される還流ダイオードモードで動作するスイッチング素子を転流制御が完了するまでオンにする転流法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, a commutation method has been proposed in which the phase of the AC power source connected to the load is continuously switched in a short time while preventing commutation failure. For example, a commutation that turns on a switching element that operates in a freewheeling diode mode that is connected to a maximum voltage phase and an intermediate voltage phase in an AC power supply among commutation elements constituting a bidirectional switch until commutation control is completed. A method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００４−３６４４７７号公報JP 2004-364477 A

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、短い時間に転流制御が連続するか否かを転流制御の開始までに判断しなければならなかった。   However, the technique described in Patent Document 1 must determine whether or not the commutation control is continued in a short time before the start of the commutation control.

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができるマトリクスコンバータを提供することを目的とする。   One aspect of the embodiment is made in view of the above, and switching commutation control while suppressing a decrease in accuracy of output voltage due to commutation failure even after commutation control is started. An object of the present invention is to provide a matrix converter capable of

実施形態の一態様に係るマトリクスコンバータは、電力変換部と、指令生成部と、転流制御部とを備える。前記電力変換部は、複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられる。前記指令生成部は、前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御指令を生成する。前記転流制御部は、前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う。前記転流制御部は、前記転流制御
を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御の切り替え先となる前記双方向スイッチを構成する一つの前記スイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する。
A matrix converter according to an aspect of the embodiment includes a power conversion unit, a command generation unit, and a commutation control unit. The power conversion unit includes a plurality of bidirectional switches whose conduction directions can be controlled by a plurality of switching elements, and a plurality of input terminals connected to each phase of the AC power supply and a plurality of connections connected to each phase of the load. The plurality of bidirectional switches are provided between the output terminals. The command generation unit generates a control command for PWM control of the plurality of switching elements. The commutation control unit performs commutation control by controlling the plurality of switching elements with a commutation pattern having a plurality of steps when the control command is changed. The commutation control unit, when the control command is changed during execution of the commutation control, takes over to turn on one of the switching elements constituting the bidirectional switch to be switched to the next commutation control. After executing the step, the next commutation control is executed from a step in the middle of the next commutation control.

実施形態の一態様によれば、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができるマトリクスコンバータを提供することができる。   According to one aspect of the embodiment, it is possible to provide a matrix converter capable of switching commutation control while suppressing a decrease in output voltage accuracy due to commutation failure even after commutation control is started. it can.

図１は、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a matrix converter according to the first embodiment. 図２は、図１に示す双方向スイッチの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the bidirectional switch illustrated in FIG. 1. 図３は、図１に示す制御部の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the control unit illustrated in FIG. 1. 図４は、各出力相に出力される入力相電圧の切り替わりを示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating switching of the input phase voltage output to each output phase. 図５は、電流転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing ON / OFF transitions of the switching element according to the commutation pattern of the current commutation method. 図６は、ＰＷＭ電圧指令によって出力相に出力される入力相電圧が切り替えられる場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state transition of the switching element when the input phase voltage output to the output phase is switched by the PWM voltage command. 図７は、図３に示す転流制御部の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the commutation control unit illustrated in FIG. 3. 図８は、図７に示す信号生成部の状態遷移を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating state transition of the signal generation unit illustrated in FIG. 図９は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information is notified in the state S2. 図１０は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information is notified in the state S3. 図１１は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information is notified in the state S4. 図１２は、第２の実施形態に係るマトリクスコンバータの転流制御部の構成例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a commutation control unit of the matrix converter according to the second embodiment. 図１３は、電圧転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating ON / OFF transition of the switching element according to the commutation pattern of the voltage commutation method. 図１４は、ＰＷＭ電圧指令によって出力相に出力される入力相電圧が切り替えられる場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a state transition of the switching element when the input phase voltage output to the output phase is switched by the PWM voltage command. 図１５は、図１２に示す転流制御部の構成例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of the commutation control unit illustrated in FIG. 12. 図１６は、図１５に示す信号生成部の状態遷移を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating state transition of the signal generation unit illustrated in FIG. 15. 図１７は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information is notified in the state S2. 図１８は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information is notified in the state S3. 図１９は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information is notified in the state S4. 図２０は、出力相に出力される入力相電圧が切り替わる様子を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which the input phase voltage output to the output phase is switched. 図２１は、入力相間の短絡が発生する双方向スイッチの状態遷移の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of state transition of a bidirectional switch in which a short circuit between input phases occurs. 図２２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報および方向反転情報が通知されて、状態Ｓ９へ移行した場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information and the direction inversion information are notified in the state S2 and the state shifts to the state S9. 図２３は、出力相に出力される入力相電圧が切り替わる様子を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating a state in which the input phase voltage output to the output phase is switched. 図２４は、状態Ｓ５においてエッジ検出情報よび方向反転情報が通知されて、状態Ｓ０へ移行した場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing the state transition of the bidirectional switch when the edge detection information and the direction inversion information are notified in the state S5 and the state shifts to the state S0.

以下、添付図面を参照して、本願の開示するマトリクスコンバータの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a matrix converter disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

［１．第１の実施形態］
［１．１．マトリクスコンバータの構成］
図１は、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、３相交流電源２（以下、単に交流電源２と記載する）と負荷３との間に設けられる。負荷３は、例えば、交流電動機や発電機である。以下においては、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相を入力相と記載し、負荷３のＵ相、Ｖ相およびＷ相を出力相と記載する。 [1. First Embodiment]
[1.1. Configuration of matrix converter]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a matrix converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the matrix converter 1 according to the first embodiment is provided between a three-phase AC power source 2 (hereinafter simply referred to as an AC power source 2) and a load 3. The load 3 is, for example, an AC motor or a generator. In the following, the R phase, S phase, and T phase of the AC power supply 2 are described as input phases, and the U phase, V phase, and W phase of the load 3 are described as output phases.

マトリクスコンバータ１は、入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと、出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗと、電力変換部１０と、ＬＣフィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、制御部１４とを備える。マトリクスコンバータ１は、交流電源２から入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔを介して供給される３相交流電力を任意の電圧および周波数の３相交流電力に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力する。   The matrix converter 1 includes input terminals Tr, Ts, Tt, output terminals Tu, Tv, Tw, a power converter 10, an LC filter 11, an input voltage detector 12, an output current detector 13, and a controller. 14. The matrix converter 1 converts three-phase AC power supplied from an AC power source 2 through input terminals Tr, Ts, and Tt into three-phase AC power having an arbitrary voltage and frequency, and loads from output terminals Tu, Tv, and Tw. Output to 3.

電力変換部１０は、交流電源２の各相と負荷３の各相とを接続する複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（以下、双方向スイッチＳと総称する場合がある）を備える。   The power conversion unit 10 includes a plurality of bidirectional switches Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, Stw (hereinafter referred to as bidirectional switches) that connect each phase of the AC power supply 2 and each phase of the load 3. S may be collectively referred to).

双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＵ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＶ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＷ相とをそれぞれ接続する。   The bidirectional switches Sru, Ssu, Stu connect the R phase, S phase, T phase of the AC power source 2 and the U phase of the load 3 respectively. The bidirectional switches Srv, Ssv, Stv connect the R phase, S phase, T phase of the AC power supply 2 and the V phase of the load 3, respectively. The bidirectional switches Srw, Ssw, and Stw connect the R phase, S phase, and T phase of the AC power supply 2 and the W phase of the load 3, respectively.

図２は、双方向スイッチＳの構成例を示す図である。図２に示すように、双方向スイッチＳは、スイッチング素子ＳａとダイオードＤａの直列接回路と、スイッチング素子ＳｂとダイオードＤｂとの直列接続回路とを有し、これらの直列接続回路は逆並列接続される。図２においては、入力相電圧をＶｉと表記し、出力相電圧をＶｏと表記している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the bidirectional switch S. As shown in FIG. 2, the bidirectional switch S has a series connection circuit of a switching element Sa and a diode Da and a series connection circuit of a switching element Sb and a diode Db, and these series connection circuits are connected in antiparallel. Is done. In FIG. 2, the input phase voltage is expressed as Vi and the output phase voltage is expressed as Vo.

なお、双方向スイッチＳは、複数のスイッチング素子を有して導通方向を制御可能な構成であればよく、図２に示す構成に限定されない。例えば、図２に示す例では、ダイオードＤａ、Ｄｂのカソード同士が接続されているが、双方向スイッチＳは、ダイオードＤａ、Ｄｂのカソード同士が接続されない構成でもよい。   The bidirectional switch S is not limited to the configuration shown in FIG. 2 as long as it has a plurality of switching elements and can control the conduction direction. For example, in the example illustrated in FIG. 2, the cathodes of the diodes Da and Db are connected to each other, but the bidirectional switch S may be configured such that the cathodes of the diodes Da and Db are not connected to each other.

また、スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチング素子である。また、次世代半導体スイッチング素子のＳｉＣ、ＧａＮであってもよい。   The switching elements Sa and Sb are semiconductor switching elements such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). Further, SiC or GaN as next-generation semiconductor switching elements may be used.

図１に戻って、マトリクスコンバータ１の説明を続ける。ＬＣフィルタ１１は、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間に設けられる。このＬＣフィルタ１１は、３つのリアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔと３つのコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒを含み、双方向スイッチＳのスイッチングに起因する高周波成分を除去する。   Returning to FIG. 1, the description of the matrix converter 1 will be continued. The LC filter 11 is provided between the R phase, S phase, and T phase of the AC power supply 2 and the power conversion unit 10. The LC filter 11 includes three reactors Lr, Ls, and Lt and three capacitors Crs, Cst, and Ctr, and removes high-frequency components caused by switching of the bidirectional switch S.

入力電圧検出部１２は、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電圧を検出する。具体的
には、入力電圧検出部１２は、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電圧の瞬時値Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔ（以下、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔと記載する）を検出する。 The input voltage detector 12 detects the R phase, S phase, and T phase voltages of the AC power supply 2. Specifically, the input voltage detection unit 12 describes the instantaneous values Er, Es, Et (hereinafter referred to as input phase voltages Er, Es, Et) of the R phase, S phase, and T phase voltages of the AC power supply 2. ) Is detected.

出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３との間に流れる電流を検出する。具体的には、出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれとの間に流れる電流の瞬時値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと記載する）を検出する。なお、以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを総称して出力電流Ｉｏと記載する場合がある。   The output current detection unit 13 detects a current flowing between the power conversion unit 10 and the load 3. Specifically, the output current detection unit 13 includes instantaneous values Iu, Iv, and Iw (hereinafter referred to as output phase currents) of currents flowing between the power conversion unit 10 and each of the U phase, V phase, and W phase of the load 3. (Denoted as Iu, Iv, Iw). Hereinafter, the output phase currents Iu, Iv, and Iw may be collectively referred to as an output current Io.

制御部１４は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔおよび出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ６ｕ、Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ６ｖ、Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ６ｗを生成する。以下、駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ６ｕ、Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ６ｖ、Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ６ｗを駆動信号Ｓｇと総称する場合がある。以下、制御部１４について具体的に説明する。   The control unit 14 generates drive signals Sg1u to Sg6u, Sg1v to Sg6v, Sg1w to Sg6w based on the input phase voltages Er, Es, Et and the output phase currents Iu, Iv, Iw. Hereinafter, the drive signals Sg1u to Sg6u, Sg1v to Sg6v, and Sg1w to Sg6w may be collectively referred to as the drive signal Sg. Hereinafter, the control unit 14 will be specifically described.

［１．２．制御部１４の構成］
図３は、制御部１４の構成例を示す図である。図３に示すように、制御部１４は、電圧指令演算部３０と、ＰＷＭデューティ比演算部３１（指令生成部の一例）と、転流制御部３２とを有する。 [1.2. Configuration of control unit 14]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the control unit 14. As shown in FIG. 3, the control unit 14 includes a voltage command calculation unit 30, a PWM duty ratio calculation unit 31 (an example of a command generation unit), and a commutation control unit 32.

制御部１４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only
Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、電圧指令演算部３０、ＰＷＭデューティ比演算部３１および転流制御部３２として機能する。なお、制御部１４は、プログラムを用いずにハードウェアのみで構成されることがある。 The control unit 14 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) and a ROM (Read Only).
It includes a microcomputer having various types of circuits such as a memory (RAM), a random access memory (RAM), and an input / output port. The CPU of the microcomputer functions as a voltage command calculation unit 30, a PWM duty ratio calculation unit 31, and a commutation control unit 32 by reading and executing a program stored in the ROM. The control unit 14 may be configured only by hardware without using a program.

［１．３．電圧指令演算部３０］
電圧指令演算部３０は、周波数指令ｆ*および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、各出力相の電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*（以下、電圧指令Ｖｏ*と総称する場合がある）を生成して出力する。周波数指令ｆ*は、出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの周波数の指令である。 [1.3. Voltage command calculation unit 30]
The voltage command calculation unit 30 may be collectively referred to as voltage commands Vu * , Vv * , Vw * (hereinafter referred to as voltage command Vo *) for each output phase based on the frequency command f * and the output phase currents Iu, Iv, Iw. ) Is generated and output. The frequency command f * is a command for the frequency of the output phase voltages Vu, Vv, and Vw.

［１．４．ＰＷＭデューティ比演算部３１］
ＰＷＭデューティ比演算部３１は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔに基づき、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*（制御指令の一例）を生成する。ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する技術は、公知技術であり、例えば、特開２００８−０４８５５０号公報、特開２０１２−２３９２６５号公報などに記載されている技術が用いられる。 [1.4. PWM duty ratio calculation unit 31]
The PWM duty ratio calculation unit 31 generates PWM voltage commands Vu1 * , Vv1 * , Vw1 * (an example of a control command) based on the voltage commands Vu * , Vv * , Vw * and the input phase voltages Er, Es, Et. . A technique for generating the PWM voltage commands Vu1 * , Vv1 * , Vw1 * is a known technique, and for example, techniques described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-048550 and 2012-239265 are used.

例えば、ＰＷＭデューティ比演算部３１は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさの大小関係が変化しない期間において、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔを大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎ（Ｅｐ＞Ｅｍ＞Ｅｎ）とする。ＰＷＭデューティ比演算部３１は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの各電圧値に対応したパルス幅変調信号に変換し、それぞれＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*として出力する。なお、以下において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*をＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*と総称する場合がある。 For example, the PWM duty ratio calculation unit 31 sets the input phase voltages Er, Es, Et in descending order of the input phase voltages Ep, Em, during the period in which the magnitude relationship between the magnitudes of the input phase voltages Er, Es, Et does not change. , En (Ep>Em> En). The PWM duty ratio calculation unit 31 converts the voltage commands Vu * , Vv * , and Vw * into pulse width modulation signals corresponding to the voltage values of the input phase voltages Ep, Em, and En, and outputs the PWM voltage commands Vu1 * , Vu1 * , Output as Vv1 * and Vw1 * . Hereinafter, the PWM voltage commands Vu1 * , Vv1 * , and Vw1 * may be collectively referred to as a PWM voltage command Vo1 * .

［１．５．転流制御部３２］
転流制御部３２は、負荷３に接続する交流電源２の相を双方向スイッチＳにより切り替える転流制御を実行する。具体的には、転流制御部３２は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が変
化した場合に、出力電流Ｉｏの極性に基づいて転流時における双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂの切り替え順序を決定する。転流制御部３２は、決定した切り替え順序に基づき、駆動信号Ｓｇを生成する。 [1.5. Commutation control unit 32]
The commutation control unit 32 executes commutation control in which the phase of the AC power supply 2 connected to the load 3 is switched by the bidirectional switch S. Specifically, the commutation control unit 32 switches the switching order of the switching elements Sa and Sb constituting the bidirectional switch S during commutation based on the polarity of the output current Io when the PWM voltage command Vo1 * changes. To decide. The commutation controller 32 generates the drive signal Sg based on the determined switching order.

駆動信号Ｓｇは、電力変換部１０を構成する複数の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂに入力される。これにより、各双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂがオン／オフ制御される。   The drive signal Sg is input to the switching elements Sa and Sb of the plurality of bidirectional switches S configuring the power conversion unit 10. Thereby, the switching elements Sa and Sb constituting each bidirectional switch S are on / off controlled.

具体的には、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（図１参照）のスイッチング素子Ｓａ（図２参照）は、それぞれ駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ３ｕ、Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ３ｖ、Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ３ｗによって制御される。また、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（図１参照）のスイッチング素子Ｓｂ（図２参照）は、それぞれ駆動信号Ｓｇ４ｕ〜Ｓｇ６ｕ、Ｓｇ４ｖ〜Ｓｇ６ｖ、Ｓｇ４ｗ〜Ｓｇ６ｗによって制御される。   Specifically, the switching elements Sa (see FIG. 2) of the bidirectional switches Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, Stw (see FIG. 1) are driven by the drive signals Sg1u to Sg3u, Sg1v to Sg1v, respectively. It is controlled by Sg3v, Sg1w to Sg3w. In addition, the switching elements Sb (see FIG. 2) of the bidirectional switches Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, and Stw (see FIG. 1) are driven signals Sg4u to Sg6u, Sg4v to Sg6v, and Sg4w, respectively. Controlled by ~ Sg6w.

図４は、各出力相に出力される入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの切り替わりを示す図である。図４において、出力相電圧はＶｏと表記される。図４に示すように、駆動信号Ｓｇによる双方向スイッチＳの制御により、パルス幅変調信号であるＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の１周期Ｔｃにおいて、出力相に出力される入力相電圧は、Ｅｎ→Ｅｍ→Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎへと切り替わる。なお、出力相に出力される入力相電圧の切り替わりは、後述するようにＥｎ→Ｅｍ→Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎに限定されない。 FIG. 4 is a diagram illustrating switching of input phase voltages Ep, Em, and En output to each output phase. In FIG. 4, the output phase voltage is expressed as Vo. As shown in FIG. 4, the input phase voltage output to the output phase is En → Em in one cycle Tc of the PWM voltage command Vo1 * , which is a pulse width modulation signal, by controlling the bidirectional switch S with the drive signal Sg. → Ep → Em → En. The switching of the input phase voltage output to the output phase is not limited to En → Em → Ep → Em → En as will be described later.

転流制御部３２は、出力相に出力される入力相電圧を切り替える際に電流転流法による転流制御を行う。ここでは、転流制御部３２が実行する電流転流法の一例として、４ステップ電流転流法について説明する。   The commutation control unit 32 performs commutation control by a current commutation method when switching the input phase voltage output to the output phase. Here, a four-step current commutation method will be described as an example of the current commutation method executed by the commutation control unit 32.

４ステップ電流転流法では、入力相間の短絡と出力相の開放を防止するために、出力電流Ｉｏの極性に応じて、次の第１〜第４ステップからなる転流パターンで転流制御が行われる。
第１ステップ： 切り替え元の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオフにする。
第２ステップ： 切り替え先の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオンにする。
第３ステップ： 切り替え元の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオフにする。
第４ステップ： 切り替え先の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオンにする。 In the 4-step current commutation method, commutation control is performed with a commutation pattern composed of the following first to fourth steps in accordance with the polarity of the output current Io in order to prevent a short circuit between the input phases and an opening of the output phase. Done.
First step: Of the switching elements constituting the bidirectional switch S that is the switching source, the switching element having the polarity opposite to the polarity of the output current Io and the conduction direction is turned off.
Second Step: Among the switching elements constituting the bidirectional switch S that is the switching destination, the switching element having the same polarity as the polarity of the output current Io is turned on.
Third step: Among the switching elements constituting the bidirectional switch S that is the switching source, the switching elements having the same polarity as the polarity of the output current Io are turned off.
Fourth Step: Among the switching elements constituting the bidirectional switch S that is the switching destination, the switching element having the polarity opposite to the polarity of the output current Io and the conduction direction is turned on.

図５は、Ｉｏ＞０の場合とＩｏ＜０の場合のそれぞれについて、４ステップ電流転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。スイッチング素子Ｓ１ｐ、Ｓ１ｎは、それぞれ切り替え元の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。駆動信号Ｓ２ｐ、Ｓ２ｎは、それぞれ切り替え先の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。   FIG. 5 is a diagram showing ON / OFF transitions of the switching elements according to the commutation pattern of the four-step current commutation method for each of the cases of Io> 0 and Io <0. The switching elements S1p and S1n are switching elements Sa and Sb of the bidirectional switch S that is a switching source, respectively. The drive signals S2p and S2n are switching elements Sa and Sb of the bidirectional switch S that is the switching destination, respectively.

図６は、Ｉｏ＞０の場合とＩｏ＜０の場合のそれぞれについて、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*に基づいて出力相に出力される入力相電圧がＥｒからＥｓへ切り替えられる場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。図６では、Ｒ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをＲｉｏ、Ｒｏｉと表記し、Ｓ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをＳｉｏ、Ｓｏｉと表記し、Ｔ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをＴｉｏ、Ｔｏｉと表記している。 FIG. 6 shows the state transition of the switching element when the input phase voltage output to the output phase is switched from Er to Es based on the PWM voltage command Vo1 * for each of Io> 0 and Io <0. FIG. In FIG. 6, the switching elements Sa and Sb connected to the R phase are denoted as Rio and Roi, the switching elements Sa and Sb connected to the S phase are denoted as Sio and Soi, and the switching elements connected to the T phase. Sa and Sb are written as Tio and Toi.

転流制御部３２は、このように電流転流法による転流制御を実行中に、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*により、次の転流制御が指示される場合がある。転流制御部３２は、転流制御の途中で次の転流制御を行う場合、例えば、次の転流制御の切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つの片方向スイッチをオンにする引継ステップを実行する。これにより、出力相の開放などの転流失敗を抑制することができ、転流制御間の移行を精度よく行うことができる。以下、転流制御部３２について具体的に説明する。 The commutation control unit 32 may be instructed to perform the next commutation control by the PWM voltage command Vo1 * while executing the commutation control by the current commutation method. When performing the next commutation control in the middle of the commutation control, the commutation control unit 32 turns on, for example, one unidirectional switch constituting the bidirectional switch S that is the switching destination of the next commutation control. Perform the takeover step. Thereby, commutation failure such as opening of the output phase can be suppressed, and transition between commutation control can be performed with high accuracy. Hereinafter, the commutation controller 32 will be specifically described.

図７は、転流制御部３２の構成例を示す図である。図７に示すように、転流制御部３２は、検出部４０と、計時部４２と、切替部４３とを備える。なお、転流制御部３２の構成は、図７に示す例に限定されない。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the commutation control unit 32. As shown in FIG. 7, the commutation control unit 32 includes a detection unit 40, a timer unit 42, and a switching unit 43. The configuration of the commutation control unit 32 is not limited to the example illustrated in FIG.

検出部４０は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の変化を検出する。ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの中から出力相に出力する入力相電圧を指定する指令である。検出部４０は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*によって指定される入力相電圧が変化したタイミングで、エッジ検出情報Ｓｅｄｇを計時部４２および切替部４３へ通知する。 The detection unit 40 detects a change in the PWM voltage command Vo1 * . The PWM voltage command Vo1 * is a command for designating an input phase voltage to be output to the output phase from the input phase voltages Er, Es, Et. The detection unit 40 notifies the time detection unit 42 and the switching unit 43 of the edge detection information Sedg at the timing when the input phase voltage specified by the PWM voltage command Vo1 * changes.

計時部４２は、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると計時を開始し、ステップ時間Ｔｄ（図５参照）が経過する毎にオーバフロー情報Ｓｏｖｆを切替部４３へ通知する。計時部４２は、ステップ時間Ｔｄの計時を予め定められた回数繰り返した後、計時を停止する。ステップ時間Ｔｄは、例えば、スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂのターンオン時間およびターンオフ時間よりも長い時間である。   When the time detection unit 42 is notified of the edge detection information Sedg, the time measurement unit 42 starts time measurement, and notifies the switching unit 43 of the overflow information Sovf every time the step time Td (see FIG. 5) elapses. The time measuring unit 42 stops counting after repeating the counting of the step time Td a predetermined number of times. The step time Td is, for example, a time longer than the turn-on time and the turn-off time of the switching elements Sa and Sb.

切替部４３は、ステップ情報通知部５１と信号生成部５２とを備える。かかる切替部４３は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*、出力電流Ｉｏの極性、エッジ検出情報Ｓｅｄｇ、および、オーバフロー情報Ｓｏｖｆに基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏを生成して出力する。駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏは、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*の場合、駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ６ｕであり、ＰＷＭ電圧指令Ｖｖ１*の場合、駆動信号Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ６ｖであり、ＰＷＭ電圧指令Ｖｗ１*の場合、駆動信号Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ６ｗである。 The switching unit 43 includes a step information notification unit 51 and a signal generation unit 52. The switching unit 43 generates and outputs drive signals Sg1o to Sg6o based on the PWM voltage command Vo1 * , the polarity of the output current Io, the edge detection information Sedg, and the overflow information Sovf. The drive signals Sg1o to Sg6o are the drive signals Sg1u to Sg6u in the case of the PWM voltage command Vu1 * , the drive signals Sg1v to Sg6v in the case of the PWM voltage command Vv1 * , and the drive signal Sg1w in the case of the PWM voltage command Vw1 *. ~ Sg6w.

ステップ情報通知部５１は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*、および、出力電流Ｉｏの極性に基づき、ステップ情報を信号生成部５２へ提供する。ステップ情報は、第１〜第４ステップの情報と、引継ステップの情報とを含む。 The step information notifying unit 51 provides step information to the signal generating unit 52 based on the PWM voltage command Vo1 * and the polarity of the output current Io. The step information includes information on the first to fourth steps and information on the takeover step.

信号生成部５２は、エッジ検出情報Ｓｅｄｇおよびオーバフロー情報Ｓｏｖｆに基づき、状態Ｓ０〜状態Ｓ５の中で状態を遷移する。図８は、信号生成部５２の状態遷移を示す図である。なお、図８においては、オーバフロー情報Ｓｏｖｆの通知をＯＶＦと表記し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇの通知をＥＤＧＥと表記する。   Based on the edge detection information Sedg and the overflow information Sovf, the signal generation unit 52 changes the state among the states S0 to S5. FIG. 8 is a diagram illustrating state transition of the signal generation unit 52. In FIG. 8, the notification of the overflow information Sovf is expressed as OVF, and the notification of the edge detection information Sedg is expressed as EDGE.

図８に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ０においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ１へ移行して転流制御が開始される。状態Ｓ０は転流制御が行われていない待機状態を示す。その後、信号生成部５２は、次の１クロックで状態Ｓ２へ遷移する。信号生成部５２は、状態Ｓ２へ移行すると、ステップ情報通知部５１から第１ステップの情報を取得し、第１ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。   As shown in FIG. 8, when the edge detection information Sedg is notified in the state S0, the signal generation unit 52 moves to the state S1 and starts commutation control. State S0 indicates a standby state in which commutation control is not performed. Thereafter, the signal generation unit 52 transits to the state S2 in the next one clock. When the signal generation unit 52 shifts to the state S2, the signal generation unit 52 acquires the first step information from the step information notification unit 51, and changes the states of the drive signals Sg1o to Sg6o based on the first step information.

その後、信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知される毎に、状態Ｓ２から状態Ｓ３へ、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ、状態Ｓ４から状態Ｓ０へと順次移行する。信号生成部５２は、状態を移行する毎に、ステップ情報通知部５１から第２ステップの情報、第３ステップの情報、第４ステップの情報を順次取得し、取得した情報に基づき駆動信号
Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を順次変更する。これにより、出力相に出力される入力相電圧が切り替えられて転流制御が終了する。なお、信号生成部５２は、状態Ｓ０から状態Ｓ２へ直接移行させることもできる。 Thereafter, each time the overflow information Sovf is notified, the signal generation unit 52 sequentially shifts from the state S2 to the state S3, from the state S3 to the state S4, and from the state S4 to the state S0. Each time the state is changed, the signal generation unit 52 sequentially acquires the second step information, the third step information, and the fourth step information from the step information notification unit 51, and based on the acquired information, the drive signal Sg1o˜. The state of Sg6o is changed sequentially. Thereby, the input phase voltage output to the output phase is switched, and the commutation control ends. Note that the signal generation unit 52 can also make a direct transition from the state S0 to the state S2.

一方、信号生成部５２は、状態Ｓ３、Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行する。信号生成部５２は、状態Ｓ５へ移行すると、ステップ情報通知部５１から引継ステップの情報を取得し、引継ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。なお、信号生成部５２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合であっても状態を移行しない。   On the other hand, when the edge detection information Sedg is notified in the states S3 and S4, the signal generating unit 52 proceeds to the state S5. When transitioning to the state S5, the signal generation unit 52 acquires information on the takeover step from the step information notification unit 51, and changes the states of the drive signals Sg1o to Sg6o based on the information on the takeover step. Note that the signal generation unit 52 does not shift the state even when the edge detection information Sedg is notified in the state S2.

信号生成部５２は、状態Ｓ５においてオーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ４へ移行する。信号生成部５２は、状態Ｓ４へ移行すると、ステップ情報通知部５１から第３ステップの情報を取得し、第３ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。   When the overflow information Sovf is notified in the state S5, the signal generation unit 52 shifts from the state S5 to the state S4. When the signal generation unit 52 shifts to the state S4, the signal generation unit 52 acquires information on the third step from the step information notification unit 51, and changes the states of the drive signals Sg1o to Sg6o based on the information on the third step.

また、信号生成部５２は、状態Ｓ５においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ３へ移行する。状態Ｓ３へ移行すると、ステップ情報通知部５１から第２ステップの情報を取得し、第２ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。   Further, when the edge detection information Sedg is notified in the state S5, the signal generating unit 52 proceeds to the state S3. If it transfers to state S3, the information of a 2nd step will be acquired from the step information notification part 51, and the state of drive signal Sg1o-Sg6o will be changed based on the information of a 2nd step.

ここで、図９〜図１１を参照し、状態Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれにおいてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合の転流制御間の移行について説明する。なお、Ｉｏ＞０の状態において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が出力相に出力する入力相電圧をＥｒからＥｓへ変化させ、さらに、ＥｓからＥｔへ変化させるものとする。 Here, with reference to FIG. 9 to FIG. 11, transition between commutation control when the edge detection information Sedg is notified in each of the states S2, S3, and S4 will be described. In the state of Io> 0, the input phase voltage output to the output phase by the PWM voltage command Vo1 * is changed from Er to Es, and further changed from Es to Et.

図９は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図９に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されても、状態を移行せず、オーバフロー情報Ｓｏｖｆの通知を待つ。信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ３へ移行する。   FIG. 9 is a diagram illustrating a state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg is notified in the state S2. As shown in FIG. 9, even if the edge detection information Sedg is notified in the state S2, the signal generation unit 52 does not change the state and waits for notification of the overflow information Sovf. When the overflow information Sovf is notified, the signal generator 52 proceeds to the state S3.

信号生成部５２は、状態Ｓ３へ移行すると、ステップ情報通知部５１から次の転流制御の第２ステップの情報を取得し、取得した情報に基づいてスイッチング素子Ｔｏｉをオンにする。状態Ｓ３では、スイッチング素子Ｒｉｏがオンに維持されるため、出力相の開放が発生しない。このように、信号生成部５２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合、引継ステップの制御を行うことなく、転流制御間の移行を行う。   When transitioning to the state S3, the signal generation unit 52 acquires information on the second step of the next commutation control from the step information notification unit 51, and turns on the switching element Toi based on the acquired information. In the state S3, since the switching element Rio is kept on, the output phase is not released. As described above, when the edge detection information Sedg is notified in the state S2, the signal generation unit 52 performs transition between commutation control without performing control of the takeover step.

図１０は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図１０に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行し、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。   FIG. 10 is a diagram illustrating a state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg is notified in the state S3. As illustrated in FIG. 10, when the edge detection information Sedg is notified in the state S3, the signal generation unit 52 shifts to the state S5 and turns on the switching element Tio.

その後、信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ４へ移行し、スイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｉｏをオフにする。スイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｉｏがオフされても、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子Ｔｉｏが継続してオンであるため、出力相の開放が発生せず、サージ電圧による出力電圧の精度低下を抑制できる。   Thereafter, when the overflow information Sovf is notified, the signal generation unit 52 shifts to the state S4 and turns off the switching elements Rio and Sio. Even when the switching elements Rio and Sio are turned off, the switching element Tio having the same polarity as that of the output current Io is continuously turned on, so that the output phase is not released, and the output voltage due to the surge voltage is not increased. Decrease in accuracy can be suppressed.

一方、引継ステップを介さずに、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ移行した場合、スイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｉｏのターンオフ時間がスイッチング素子Ｔｉｏのターンオン時間よりも
短いと、出力相が開放され、サージ電圧による出力電圧の精度低下が発生する。 On the other hand, when the transition is made from the state S3 to the state S4 without going through the takeover step, if the turn-off time of the switching elements Rio and Sio is shorter than the turn-on time of the switching element Tio, the output phase is released and the output voltage due to the surge voltage Decrease in accuracy occurs.

図１１は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図１１に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行し、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。   FIG. 11 is a diagram illustrating a state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg is notified in the state S4. As shown in FIG. 11, when the edge detection information Sedg is notified in the state S4, the signal generation unit 52 proceeds to the state S5 and turns on the switching element Tio.

その後、信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、図１０に示す場合と同様に、状態Ｓ４へ移行し、スイッチング素子Ｓｉｏをオフにする。スイッチング素子Ｓｉｏがオフされても、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子Ｔｉｏが継続してオンであるため、サージ電圧による出力電圧の精度低下を抑制できる。   Thereafter, when the overflow information Sovf is notified, the signal generation unit 52 shifts to the state S4 and turns off the switching element Sio as in the case shown in FIG. Even if the switching element Sio is turned off, since the switching element Tio having the same polarity as that of the output current Io is continuously turned on, it is possible to suppress a decrease in accuracy of the output voltage due to the surge voltage.

一方、引継ステップを介さずに、状態Ｓ４から状態Ｓ０へ移行した場合、スイッチング素子Ｓｉｏのターンオフ時間がスイッチング素子Ｔｉｏのターンオン時間よりも短いと、出力相が開放され、サージ電圧による出力電圧の精度低下が発生する。   On the other hand, when the transition is made from the state S4 to the state S0 without going through the takeover step, if the turn-off time of the switching element Sio is shorter than the turn-on time of the switching element Tio, the output phase is opened, and the accuracy of the output voltage due to the surge voltage A decrease occurs.

以上のように、マトリクスコンバータ１の転流制御部３２は、転流制御を実行中にＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が変化した場合、次の転流制御で切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つのスイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、途中のステップから次の転流制御を実行する。これにより、マトリクスコンバータ１は、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができる。 As described above, the commutation control unit 32 of the matrix converter 1 configures the bidirectional switch S that is the switching destination in the next commutation control when the PWM voltage command Vo1 * changes during execution of the commutation control. After executing the takeover step of turning on one switching element, the next commutation control is executed from an intermediate step. Thereby, the matrix converter 1 can switch the commutation control while suppressing the decrease in the accuracy of the output voltage due to the commutation failure even after the commutation control is started.

また、転流制御部３２は、転流パターンの第１ステップの状態である場合、引継ステップを介さずに次の転流制御における転流パターンの第２ステップから実行する。これにより、転流制御の切り替えを迅速に行うことができる。   When the commutation control unit 32 is in the state of the first step of the commutation pattern, the commutation control unit 32 executes from the second step of the commutation pattern in the next commutation control without going through the takeover step. Thereby, commutation control can be switched quickly.

［２．第２の実施形態］
次に、第２の実施形態にかかるマトリクスコンバータについて説明する。第２の実施形態に係るマトリクスコンバータは、電圧転流法による転流制御を行う点で、電流転流法による転流制御を行う第１の実施形態に係るマトリクスコンバータ１と異なる。なお、以下においては、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータ１と異なる転流制御部を中心に説明し、また、第１の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。 [2. Second Embodiment]
Next, a matrix converter according to the second embodiment will be described. The matrix converter according to the second embodiment is different from the matrix converter 1 according to the first embodiment that performs commutation control by a current commutation method in that the commutation control is performed by a voltage commutation method. In the following description, a commutation control unit that is different from the matrix converter 1 according to the first embodiment will be mainly described, and components having the same functions as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals. The description is omitted.

図１２は、第２の実施形態に係るマトリクスコンバータの制御部の構成を示す図である。第２の実施形態に係るマトリクスコンバータの制御部１４Ａは、電圧指令演算部３０と、ＰＷＭデューティ比演算部３１と、転流制御部３２Ａとを備える。電圧指令演算部３０およびＰＷＭデューティ比演算部３１は、第１の実施形態に係る電圧指令演算部３０およびＰＷＭデューティ比演算部３１と同様の機能を有する構成要素である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a control unit of the matrix converter according to the second embodiment. The control unit 14A of the matrix converter according to the second embodiment includes a voltage command calculation unit 30, a PWM duty ratio calculation unit 31, and a commutation control unit 32A. The voltage command calculation unit 30 and the PWM duty ratio calculation unit 31 are components having functions similar to those of the voltage command calculation unit 30 and the PWM duty ratio calculation unit 31 according to the first embodiment.

転流制御部３２Ａは、電圧転流法による転流制御を行う。ここでは、転流制御部３２Ａが実行する電圧転流法の一例として、４ステップ電圧転流法について説明する。   The commutation control unit 32A performs commutation control by a voltage commutation method. Here, a 4-step voltage commutation method will be described as an example of the voltage commutation method executed by the commutation control unit 32A.

４ステップ電圧転流法では、入力相間の短絡と出力相の開放を防止するために、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に応じて次の第１〜第４ステップからなる転流パターンで転流制御が行われる。かかる４ステップ電圧転流法は、出力電流Ｉｏの極性に依存しない。
第１ステップ： 切り替え先の逆バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第２ステップ： 切り替え元の逆バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
第３ステップ： 切り替え先の順バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第４ステップ： 切り替え元の順バイアスされるスイッチング素子をオフにする。 In the four-step voltage commutation method, in order to prevent a short circuit between the input phases and an opening of the output phase, a commutation pattern including the following first to fourth steps according to the magnitude relationship of the input phase voltages Er, Es, Et. The commutation control is performed at Such a four-step voltage commutation method does not depend on the polarity of the output current Io.
First step: Turn on the reverse biased switching element of the switching destination.
Second step: The switching element that is reverse-biased at the switching source is turned off.
Third step: Turn on the forward-biased switching element of the switching destination.
Fourth step: The forward-biased switching element of the switching source is turned off.

なお、スイッチング素子Ｓａにおいては、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を逆バイアスといい、転流制御直前で入力側電圧の方が高い状態を順バイアスというものとする。また、スイッチング素子Ｓｂにおいては、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を順バイアスといい、転流制御直前で入力側電圧の方が高い状態を逆バイアスというものとする。なお、スイッチング素子Ｓａ、ＳｂがＩＧＢＴの場合、入力側電圧はコレクタ電圧であり、出力側電圧はエミッタ電圧である。   In the switching element Sa, a state where the input side voltage is lower than the output side voltage just before the commutation control is called a reverse bias, and a state where the input side voltage is higher just before the commutation control is called a forward bias. And In the switching element Sb, a state where the input side voltage is lower than the output side voltage just before the commutation control is called forward bias, and a state where the input side voltage is higher just before the commutation control is called reverse bias. And When the switching elements Sa and Sb are IGBTs, the input side voltage is a collector voltage, and the output side voltage is an emitter voltage.

図１３は、ｖ１＞ｖ２の場合とｖ１＜ｖ２の場合のそれぞれについて、４ステップ電圧転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。第１の実施形態と同様に、スイッチング素子Ｓ１ｐ、Ｓ１ｎは、それぞれ切り替え元の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。また、駆動信号Ｓ２ｐ、Ｓ２ｎは、それぞれ切り替え先の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。   FIG. 13 is a diagram showing ON / OFF transitions of the switching elements according to the commutation pattern of the four-step voltage commutation method for each of the cases of v1> v2 and v1 <v2. As in the first embodiment, the switching elements S1p and S1n are the switching elements Sa and Sb of the bidirectional switch S that is the switching source, respectively. The drive signals S2p and S2n are switching elements Sa and Sb of the bidirectional switch S that is the switching destination, respectively.

図１４は、ｖ１＞ｖ２の場合とｖ１＜ｖ２の場合のそれぞれについて、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*により出力相に出力される入力相電圧をＥｒからＥｓへ切り替える場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。なお、ｖ１は切替前に出力相に出力される入力相電圧であり、ｖ２は切替後に出力相に出力される入力相電圧である。また、図１４では、図６と同様に、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをそれぞれＲｉｏ、Ｒｏｉ、Ｓｉｏ、Ｓｏｉ、Ｔｉｏ、Ｔｏｉと表記している。 FIG. 14 is a diagram illustrating a state transition of the switching element when the input phase voltage output to the output phase is switched from Er to Es by the PWM voltage command Vo1 * for each of the cases of v1> v2 and v1 <v2. It is. Note that v1 is an input phase voltage output to the output phase before switching, and v2 is an input phase voltage output to the output phase after switching. Further, in FIG. 14, similarly to FIG. 6, the switching elements Sa and Sb connected to the R phase, the S phase, and the T phase are expressed as Rio, Roi, Sio, Soi, Tio, and Toi, respectively.

転流制御部３２Ａは、転流制御部３２と同様に、転流制御の途中で次の転流制御を行う場合、例えば、次の転流制御の切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つの片方向スイッチをオンにする引継ステップを実行する。これにより、入力相の短絡などの転流失敗を抑制することができ、転流制御間の移行を精度よく行うことができる。   When the next commutation control is performed in the middle of the commutation control, for example, the commutation control unit 32A configures the bidirectional switch S that is the switching destination of the next commutation control. A takeover step of turning on one unidirectional switch is executed. Thereby, the commutation failure such as a short circuit of the input phase can be suppressed, and the transition between the commutation controls can be performed with high accuracy.

図１５は、転流制御部３２Ａの構成を示す図である。図１５に示すように、転流制御部３２Ａは、第１検出部４０と、第２検出部４１と、計時部４２と、切替部４３Ａとを備える。図１５に示す第１検出部４０および計時部４２は、それぞれ第１の実施形態の検出部４０および計時部４２と同様の機能を有する構成要素である。なお、転流制御部３２Ａの構成は、図１５に示す例に限定されない。   FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the commutation control unit 32A. As illustrated in FIG. 15, the commutation control unit 32A includes a first detection unit 40, a second detection unit 41, a timer unit 42, and a switching unit 43A. The first detector 40 and the timer 42 shown in FIG. 15 are components having functions similar to those of the detector 40 and the timer 42 of the first embodiment, respectively. Note that the configuration of the commutation control unit 32A is not limited to the example illustrated in FIG.

第２検出部４１は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｐからＥｎへ変化した場合、または、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｎからＥｐへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを切替部４３Ａへ通知する。例えば、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの場合、第２検出部４１は、指定電圧がＥｒからＥｔへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを切替部４３Ａへ通知し、指定電圧がＥｔからＥｒへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを切替部４３Ａへ通知する。方向反転情報Ｓｖｆｌａｇは、次にＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧が変化するまで継続して切替部４３Ａへ通知される。 The second detection unit 41, when the PWM voltage instruction Vo1 * specified voltage changes from Ep to En, or, if the PWM voltage instruction Vo1 * specified voltage changes to Ep from En, the switching unit the direction inversion information Svflag 43A is notified. For example, when Er>Es> Et, the second detection unit 41 notifies the direction inversion information Svflag to the switching unit 43A when the designated voltage changes from Er to Et, and when the designated voltage changes from Et to Er. The direction inversion information Svflag is notified to the switching unit 43A. The direction inversion information Svflag is continuously notified to the switching unit 43A until the next specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * changes.

切替部４３Ａは、ステップ情報通知部５１Ａと信号生成部５２Ａとを備える。かかる切替部４３Ａは、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係、エッジ検出情報Ｓｅｄｇ、オーバフロー情報Ｓｏｖｆ、および、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇに基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏを生成して出力する。 The switching unit 43A includes a step information notification unit 51A and a signal generation unit 52A. The switching unit 43A generates the drive signals Sg1o to Sg6o based on the PWM voltage command Vo1 * , the magnitude relationship between the input phase voltages Er, Es, Et, the edge detection information Sedg, the overflow information Sovf, and the direction inversion information Svflag. Output.

ステップ情報通知部５１Ａは、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に基づき、ステップ情報を信号生成部５２Ａへ提供する。ステップ情報は、第１〜第４ステップの情報と、引継ステップの情報とを含む。 The step information notification unit 51A provides step information to the signal generation unit 52A based on the magnitude relationship between the PWM voltage command Vo1 * and the input phase voltages Er, Es, Et. The step information includes information on the first to fourth steps and information on the takeover step.

信号生成部５２Ａは、エッジ検出情報Ｓｅｄｇ、オーバフロー情報Ｓｏｖｆ、および、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇに基づき、状態Ｓ０〜状態Ｓ９の中で状態を遷移する。図１６は、信号生成部５２Ａの状態遷移を示す図である。なお、図１６においては、オーバフロー情報Ｓｏｖｆの通知をＯＶＦと表記し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇの通知をＥＤＧＥと表記し、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇの通知をＶＦＬＡＧ２と表記する。   Based on the edge detection information Sedg, the overflow information Sovf, and the direction inversion information Svflag, the signal generation unit 52A transitions between the states S0 to S9. FIG. 16 is a diagram illustrating state transition of the signal generation unit 52A. In FIG. 16, the notification of the overflow information Sovf is expressed as OVF, the notification of the edge detection information Sedg is expressed as EDGE, and the notification of the direction inversion information Svflag is expressed as VFLAG2.

図１６に示すように、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ０においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ１へ移行して転流制御が開始される。状態Ｓ０は転流制御が行われていない待機状態を示す。その後、信号生成部５２Ａは、次の１クロックで状態Ｓ２へ遷移する。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２へ移行すると、ステップ情報通知部５１Ａから第１ステップの情報を取得し、第１ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。   As illustrated in FIG. 16, when the edge detection information Sedg is notified in the state S0, the signal generation unit 52A shifts to the state S1 and starts commutation control. State S0 indicates a standby state in which commutation control is not performed. Thereafter, the signal generator 52A transitions to the state S2 in the next one clock. When the signal generation unit 52A shifts to the state S2, the signal generation unit 52A acquires information on the first step from the step information notification unit 51A, and changes the states of the drive signals Sg1o to Sg6o based on the information on the first step.

その後、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知される毎に、状態Ｓ２から状態Ｓ３へ、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ、状態Ｓ４から状態Ｓ０へと順次移行する。信号生成部５２Ａは、状態を移行する毎に、ステップ情報通知部５１Ａから第２ステップの情報、第３ステップの情報、第４ステップの情報を順次取得し、取得した情報に基づき駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を順次変更する。これにより、出力相に出力される入力相電圧が切り替えられて転流制御が終了する。なお、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ０から状態Ｓ２へ直接移行させることもできる。   Thereafter, each time the overflow information Sovf is notified, the signal generation unit 52A sequentially shifts from the state S2 to the state S3, from the state S3 to the state S4, and from the state S4 to the state S0. Each time the state is changed, the signal generation unit 52A sequentially acquires the second step information, the third step information, and the fourth step information from the step information notification unit 51A, and based on the acquired information, the driving signals Sg1o˜ The state of Sg6o is changed sequentially. Thereby, the input phase voltage output to the output phase is switched, and the commutation control ends. Note that the signal generator 52A can also make a direct transition from the state S0 to the state S2.

一方、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２において、オーバフロー情報Ｓｏｖｆ以外の情報が通知されると、状態Ｓ５、状態Ｓ８および状態Ｓ９のいずれかへ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ２から状態Ｓ５へ移行する。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ１から状態Ｓ２へ移行したタイミングでエッジ検出情報Ｓｅｄｇと方向反転情報Ｓｖｆｌａｇとが通知されると状態Ｓ２から状態Ｓ９へ移行し、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇのみが通知されると状態Ｓ２から状態Ｓ８へ移行する。   On the other hand, when information other than the overflow information Sovf is notified in the state S2, the signal generation unit 52A shifts to any of the state S5, the state S8, and the state S9. Specifically, when the edge detection information Sedg is notified, the signal generation unit 52A shifts from the state S2 to the state S5. When the edge detection information Sedg and the direction reversal information Svflag are notified at the timing of transition from the state S1 to the state S2, the signal generation unit 52A proceeds from the state S2 to the state S9, and only the direction reversal information Svflag is notified. Transition from state S2 to state S8.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ３、Ｓ４において、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ７へ移行する。   When the edge detection information Sedg is notified in the states S3 and S4, the signal generation unit 52A shifts to the state S7.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ５において、通知される情報に基づき、状態Ｓ３、状態Ｓ６、状態Ｓ０のいずれかへ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ５から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ６へ移行する。また、信号生成部５２Ａは、エッジ検出情報Ｓｅｄｇと方向反転情報Ｓｖｆｌａｇとが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ０へ移行する。   In the state S5, the signal generation unit 52A shifts to any of the state S3, the state S6, and the state S0 based on the notified information. Specifically, the signal generation unit 52A shifts from the state S5 to the state S3 when the overflow information Sovf is notified, and shifts from the state S5 to the state S6 when the edge detection information Sedg is notified. Further, when the edge detection information Sedg and the direction inversion information Svflag are notified, the signal generation unit 52A shifts from the state S5 to the state S0.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ６において、通知される情報に基づき、状態Ｓ３または状態Ｓ４へ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ６から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると状態Ｓ６から状態Ｓ４へ移行する。   The signal generation unit 52A shifts to the state S3 or the state S4 based on the notified information in the state S6. Specifically, the signal generation unit 52A shifts from the state S6 to the state S3 when the overflow information Sovf is notified, and shifts from the state S6 to the state S4 when the edge detection information Sedg is notified.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ７において、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ７から状態Ｓ３へ移行する。なお、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ７においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合であっても状態を移行しない。   When the overflow information Sovf is notified in the state S7, the signal generating unit 52A shifts from the state S7 to the state S3. Note that the signal generation unit 52A does not shift the state even when the edge detection information Sedg is notified in the state S7.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ８において、通知される情報に基づき、状態Ｓ３または状
態Ｓ９へ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ８から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると状態Ｓ８から状態Ｓ９へ移行する。 In the state S8, the signal generating unit 52A moves to the state S3 or the state S9 based on the notified information. Specifically, the signal generation unit 52A shifts from the state S8 to the state S3 when the overflow information Sovf is notified, and shifts from the state S8 to the state S9 when the edge detection information Sedg is notified.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ９において、通知される情報に基づき、状態Ｓ０または状態Ｓ３へ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ９から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると状態Ｓ９から状態Ｓ０へ移行する。   In the state S9, the signal generation unit 52A shifts to the state S0 or the state S3 based on the notified information. Specifically, the signal generation unit 52A shifts from the state S9 to the state S3 when the overflow information Sovf is notified, and shifts from the state S9 to the state S0 when the edge detection information Sedg is notified.

このように、信号生成部５２Ａは、通知される情報に応じた状態へ移行し、移行した状態に応じた情報をステップ情報通知部５１Ａから取得し、取得した情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。   As described above, the signal generation unit 52A shifts to a state corresponding to the notified information, acquires information corresponding to the transferred state from the step information notification unit 51A, and based on the acquired information, the drive signals Sg1o to Sg6o. Change the state of.

例えば、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ０に応じた情報としてそれぞれ第１〜第４ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得する。また、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ５〜Ｓ７に応じた情報として、第１引継ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得し、状態Ｓ９に応じた情報として、第２引継ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得する。なお、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ１、Ｓ８への移行は、ステップ情報通知部５１Ａから情報を取得せず、駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更しない。   For example, the signal generation unit 52A acquires information on the first to fourth steps from the step information notification unit 51A as information corresponding to the states S2, S3, S4, and S0. Further, the signal generation unit 52A acquires the information of the first takeover step from the step information notification unit 51A as the information according to the states S5 to S7, and the information of the second takeover step as the information according to the state S9. Obtained from the information notification unit 51A. Note that the signal generation unit 52A does not acquire information from the step information notification unit 51A and does not change the states of the drive signals Sg1o to Sg6o in the transition to the states S1 and S8.

ここで、図１７〜図１９を参照し、状態Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれにおいてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の転流制御間の移行について説明する。なお、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの状態において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が出力相に出力する入力相電圧をＥｒからＥｓへ変化させ、さらに、ＥｓからＥｔへ変化させるものとする。 Here, with reference to FIGS. 17-19, the transition between commutation control when the edge detection information Sedg is notified in each of the states S2, S3, and S4 will be described. In the state of Er>Es> Et, the input phase voltage output to the output phase by the PWM voltage command Vo1 * is changed from Er to Es, and further changed from Es to Et.

図１７は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図１７に示すように、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行し、第１引継ステップの情報に基づき、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。その後、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ３へ移行し、スイッチング素子Ｓｉｏをオフにする。   FIG. 17 is a diagram illustrating a state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg is notified in the state S2. As illustrated in FIG. 17, when the edge detection information Sedg is notified in the state S2, the signal generating unit 52A shifts to the state S5 and turns on the switching element Tio based on the information of the first takeover step. Thereafter, when the overflow information Sovf is notified, the signal generation unit 52A shifts to the state S3 and turns off the switching element Sio.

状態Ｓ３においてスイッチング素子Ｓｉｏがオフされても、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子Ｔｉｏが継続してオンであるため、出力相の開放や入力相の短絡が発生せず、出力電圧の精度低下を抑制できる。一方、状態Ｓ５を介さずに状態Ｓ２から状態Ｓ３へ移行すると、スイッチング素子Ｒｉｏのターンオフ時間がスイッチング素子Ｔｉｏのターンオン時間よりも短い場合、出力相の開放が発生する。   Even if the switching element Sio is turned off in the state S3, the switching element Tio having the same polarity as that of the output current Io is continuously turned on, so that the output phase is not opened and the input phase is not short-circuited. Reduction in output voltage accuracy can be suppressed. On the other hand, when the state S2 is shifted to the state S3 without going through the state S5, when the turn-off time of the switching element Rio is shorter than the turn-on time of the switching element Tio, the output phase is released.

図１８は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。また、図１９は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。   FIG. 18 is a diagram illustrating a state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg is notified in the state S3. FIG. 19 is a diagram illustrating a state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg is notified in the state S4.

図１８および図１９に示すように、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ３または状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ７へ移行し、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ７において、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、図１８および図１９に示すように、状態Ｓ３へ移行し、スイッチング素子Ｓｉｏをオフにする。これにより、図１７の場合と同様に、出力相の開放や入力相の短絡が発生せず、出力電圧の精度低下を抑制できる。   As shown in FIGS. 18 and 19, when the edge detection information Sedg is notified in the state S3 or the state S4, the signal generating unit 52A shifts to the state S7 and turns on the switching element Tio. When the overflow information Sovf is notified in the state S7, the signal generating unit 52A shifts to the state S3 and turns off the switching element Sio as shown in FIGS. As a result, as in the case of FIG. 17, the output phase is not opened and the input phase is not short-circuited, and a decrease in the accuracy of the output voltage can be suppressed.

次に、図２０〜図２４を参照し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇと方向反転情報Ｓｖｆｌａｇとが通知された場合の転流制御間の移行について説明する。   Next, transition between commutation control when edge detection information Sedg and direction reversal information Svflag are notified will be described with reference to FIGS.

出力相に出力される入力相電圧の切り替わりは、図４に示す切り替わり以外に、最大の入力相電圧Ｅｐから最小の入力相電圧Ｅｎへ切り替わる場合や、最小の入力相電圧Ｅｎから最大の入力相電圧Ｅｐへ切り替わる場合がある。   In addition to the switching shown in FIG. 4, the switching of the input phase voltage output to the output phase is performed when the maximum input phase voltage Ep is switched to the minimum input phase voltage En or when the minimum input phase voltage En is switched to the maximum input phase. In some cases, the voltage is switched to the voltage Ep.

図２０は、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの場合に、出力相に出力される入力相電圧が、Ｅｒ→Ｅｔ→Ｅｓ→Ｅｒへと切り替わる様子を示す図である。図２０に示す状態は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｒ→Ｅｔ→Ｅｓ→Ｅｒへと切り替わることによって実行される。 FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which the input phase voltage output to the output phase is switched from Er → Et → Es → Er when Er>Es> Et. The state shown in FIG. 20 is executed when the specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * is switched from Er → Et → Es → Er.

図２０に示すような切り替え制御において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧のＥｒからＥｔへの変化に対応する転流制御の実行中に、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧のＥｔからＥｓへ変化する場合がある。この場合、通常の転流制御と同じスイッチング素子（第１引継ステップで指定されるスイッチング素子）をオンにすると、例えば、状態Ｓ２から状態Ｓ５へ移行した場合に、図２１に示すような状態になる。図２１は、入力相間の短絡が発生する双方向スイッチＳの状態遷移の一例を示す図である。 In the switching control as shown in FIG. 20, the change of the specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * from Et to Es during execution of the commutation control corresponding to the change of the specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * from Er to Et. There is a case. In this case, when the same switching element as the normal commutation control (switching element specified in the first takeover step) is turned on, for example, when the state shifts from the state S2 to the state S5, the state shown in FIG. Become. FIG. 21 is a diagram illustrating an example of state transition of the bidirectional switch S in which a short circuit between input phases occurs.

図２１に示す状態では、状態Ｓ５において、２つのスイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｏｉがオンになっているため、Ｒ相とＳ相が短絡する。このように入力相間の短絡が発生すると、出力電圧の精度低下が発生する。そこで、第２検出部４１は、指定電圧がＥｎからＥｐへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを信号生成部５２Ａへ通知する。   In the state shown in FIG. 21, since the two switching elements Rio and Soi are on in the state S5, the R phase and the S phase are short-circuited. When a short circuit between the input phases occurs in this way, the accuracy of the output voltage is reduced. Therefore, when the specified voltage changes from En to Ep, the second detection unit 41 notifies the signal generation unit 52A of the direction inversion information Svflag.

信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２において、エッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されると、図１６に示すように、状態Ｓ９へ移行する。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ９に移行すると、第２引継ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得し、取得した情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。   When the edge detection information Sedg and the direction inversion information Svflag are notified in the state S2, the signal generation unit 52A shifts to the state S9 as illustrated in FIG. When the signal generation unit 52A shifts to the state S9, the signal generation unit 52A acquires information on the second takeover step from the step information notification unit 51A, and changes the states of the drive signals Sg1o to Sg6o based on the acquired information.

図２２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されて、状態Ｓ９へ移行した場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図２２に示すように、状態Ｓ９において、切り替え先になる双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子Ｓｉｏ、Ｓｏｉのうち、逆バイアスされるスイッチング素子Ｓｉｏがオンになるため、入力相間の短絡を防止することができる。   FIG. 22 is a diagram illustrating state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg and the direction inversion information Svflag are notified in the state S2 and the state shifts to the state S9. As shown in FIG. 22, in the state S9, the switching element Sio that is reverse-biased among the switching elements Sio and Soi constituting the bidirectional switch S that is the switching destination is turned on, so that a short circuit between the input phases is prevented. be able to.

図２３は、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの場合に、出力相に出力される入力相電圧が、Ｅｒ→Ｅｓ→Ｅｔ→Ｅｒへと切り替わる様子を示す図である。図２３に示す状態は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｒ→Ｅｓ→Ｅｔ→Ｅｒへと切り替わることによって実行される。 FIG. 23 is a diagram illustrating a state in which the input phase voltage output to the output phase is switched from Er → Es → Et → Er when Er>Es> Et. The state shown in FIG. 23 is executed when the specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * is switched from Er → Es → Et → Er.

図２３に示すような切り替え制御において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧のＥｓからＥｔへの変化に対応する転流制御の実行中に、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｔからＥｒへ変化する場合がある。この場合、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ５において、エッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ６へ移行せずに、状態Ｓ５から状態Ｓ０へ移行する。これにより、転流制御の切り替えを迅速に行うことができる。 In the switching control as shown in FIG. 23, the specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * changes from Et to Er during execution of the commutation control corresponding to the change of the specified voltage of the PWM voltage command Vo1 * from Es to Et. There is a case. In this case, when the edge detection information Sedg and the direction inversion information Svflag are notified in the state S5, the signal generation unit 52A does not move from the state S5 to the state S6, but moves from the state S5 to the state S0. Thereby, commutation control can be switched quickly.

図２４は、状態Ｓ５においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されて、状態Ｓ０へ移行した場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図２４に示すように、状態Ｓ５では、次の転流制御の終了時である状態Ｓ０の双方向スイッチＳの状態を含むことから、スイッチング素子Ｓｉｏ、Ｔｉｏをオフするだけで、次の転流制御を終了させることができる。   FIG. 24 is a diagram illustrating state transition of the bidirectional switch S when the edge detection information Sedg and the direction inversion information Svflag are notified in the state S5 and the state shifts to the state S0. As shown in FIG. 24, since the state S5 includes the state of the bidirectional switch S in the state S0 at the end of the next commutation control, the next commutation can be performed only by turning off the switching elements Sio and Tio. Control can be terminated.

以上のように、転流制御部３２Ａは、転流制御を実行中にＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が変化した場合、次の転流制御で切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つのスイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、途中のステップから次の転流制御を実行する。これにより、転流制御部３２Ａは、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができる。 As described above, when the PWM voltage command Vo1 * changes during execution of the commutation control, the commutation control unit 32A has one switching element that configures the bidirectional switch S that is the switching destination in the next commutation control. After executing the takeover step of turning on, the next commutation control is executed from an intermediate step. Thereby, the commutation control unit 32A can switch the commutation control while suppressing the decrease in the accuracy of the output voltage due to the commutation failure even after the commutation control is started.

また、転流制御部３２Ａは、転流制御における切り替え元の入力相電圧と切り替え先の入力相電圧に応じて、引継ステップにおける双方向スイッチＳの導通方向を変更する。例えば、転流制御部３２Ａは、切り替え元の入力相電圧がＥｐで切り替え先の入力相電圧がＥｎの場合と、切り替え元の入力相電圧がＥｐで切り替え先の入力相電圧がＥｍの場合とで、引継ステップにおける切り替え先の双方向スイッチＳの導通方向を変更する。これにより、入力相間の短絡を防止することができる。   Further, the commutation control unit 32A changes the conduction direction of the bidirectional switch S in the takeover step according to the switching source input phase voltage and the switching destination input phase voltage in the commutation control. For example, the commutation control unit 32A includes the case where the switching source input phase voltage is Ep and the switching destination input phase voltage is En, and the switching source input phase voltage is Ep and the switching destination input phase voltage is Em. Thus, the conduction direction of the bidirectional switch S as the switching destination in the takeover step is changed. Thereby, a short circuit between input phases can be prevented.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。   Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.

１ マトリクスコンバータ
２ 交流電源
３ 負荷
１０ 電力変換部
３０ 電圧指令演算部
３１ ＰＷＭデューティ比演算部（指令生成部の一例）
３２、３２Ａ 転流制御部
４０ 検出部
４２ 計時部
４３、４３Ａ 切替部
Ｓ、Ｓｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ 双方向スイッチ
Ｓａ、Ｓｂ スイッチング素子
Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔ 入力端子
Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ 出力端子
Ｖｏ１*、Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１* ＰＷＭ電圧指令（制御指令の一例） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Matrix converter 2 AC power supply 3 Load 10 Power conversion part 30 Voltage command calculating part 31 PWM duty ratio calculating part (an example of a command generation part)
32, 32A Commutation control unit 40 Detection unit 42 Timing unit 43, 43A Switching unit S, Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, Stw Bidirectional switch Sa, Sb Switching element Tr, Ts, Tt Input terminal Tu, Tv, Tw Output terminal Vo1 * , Vu1 * , Vv1 * , Vw1 * PWM voltage command (an example of a control command)

Claims (8)

複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御指令を生成する指令生成部と、
前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記転流制御部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御の切り替え先となる前記双方向スイッチを構成する一つの前記スイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 Between a plurality of input terminals connected to each phase of the AC power supply and a plurality of output terminals connected to each phase of the load, having a plurality of bidirectional switches whose conduction directions can be controlled by a plurality of switching elements. A power converter provided with the plurality of bidirectional switches;
A command generation unit that generates a control command for PWM control of the plurality of switching elements;
A commutation control unit that performs commutation control by controlling the plurality of switching elements with a commutation pattern having a plurality of steps when the control command is changed,
The commutation controller is
If the control command during execution of the commutation control is changed, after executing the takeover steps to turn on one of the switching elements constituting the bidirectional switch as a switching destination of the next commutation control, the A matrix converter, wherein the next commutation control is executed from a step in the middle of the next commutation control. 前記転流制御部は、
前記制御指令の変化を検出する検出部と、
予め設定されたステップ時間を計時する計時部と、
前記転流制御を実行していない状態で前記制御指令の変化を検出した場合、前記ステップ時間が経過する毎に前記複数のステップを順次切り替えて実行する切替部と、を備え、
前記切替部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令の変化を前記検出部が検出した場合、前記引継ステップを実行した後、途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載のマトリクスコンバータ。 The commutation controller is
A detection unit for detecting a change in the control command;
A timekeeping section for measuring a preset step time;
When detecting a change in the control command in a state where the commutation control is not performed, a switching unit that sequentially switches and executes the plurality of steps each time the step time elapses,
The switching unit is
The said next commutation control is performed from the step in the middle after performing the said taking over step, when the said detection part detects the change of the said control command during performing the said commutation control, It is characterized by the above-mentioned. The matrix converter according to 1. 前記転流パターンは、前記電力変換部からの出力電流の極性に応じた４ステップの転流パターンであり、
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第２ステップまたは第３ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第３ステップから実行する
ことを特徴とする請求項２に記載のマトリクスコンバータ。 The commutation pattern is a four-step commutation pattern according to the polarity of the output current from the power converter,
The switching unit is
When the timing at which the control command is changed is the state of the second step or the third step of the commutation pattern, after executing the takeover step, the third step of the commutation pattern in the next commutation control. The matrix converter according to claim 2, wherein the matrix converter is executed. 前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第１ステップの状態である場合、前記引継ステップを介さずに前記次の転流制御における前記転流パターンの第２ステップから実行する
ことを特徴とする請求項３に記載のマトリクスコンバータ。 The switching unit is
When the timing at which the control command is changed is the state of the first step of the commutation pattern, the control command is executed from the second step of the commutation pattern in the next commutation control without going through the handover step. The matrix converter according to claim 3, wherein 前記転流パターンは、前記交流電源の相電圧の大小関係に応じた４ステップの転流パターンであり、
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第２ステップまたは第３ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第２ステップから実行する
ことを特徴とする請求項２に記載のマトリクスコンバータ。 The commutation pattern is a four-step commutation pattern according to the magnitude relationship of the phase voltage of the AC power supply,
The switching unit is
When the timing at which the control command changes is in the state of the second step or the third step of the commutation pattern, after executing the handover step, the second step of the commutation pattern in the next commutation control The matrix converter according to claim 2, wherein the matrix converter is executed. 前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第１ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第２ステップから実行する
ことを特徴とする請求項５に記載のマトリクスコンバータ。 The switching unit is
When the timing at which the control command is changed is the state of the first step of the commutation pattern, the execution is performed from the second step of the commutation pattern in the next commutation control after executing the handover step. The matrix converter according to claim 5. 前記切替部は、
前記転流制御における切り替え元の前記交流電源の相電圧と切り替え先の前記交流電源の相電圧に応じて、前記引継ステップにおける前記双方向スイッチの導通方向を変更することを特徴とする請求項５または６に記載のマトリクスコンバータ。 The switching unit is
6. The conduction direction of the bidirectional switch in the takeover step is changed according to a phase voltage of the AC power source that is a switching source and a phase voltage of the AC power source that is a switching destination in the commutation control. Or the matrix converter of 6. 複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御指令を生成する指令生成部と、
前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記転流制御部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御へ引き継ぐための引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 Between a plurality of input terminals connected to each phase of the AC power supply and a plurality of output terminals connected to each phase of the load, having a plurality of bidirectional switches whose conduction directions can be controlled by a plurality of switching elements. A power converter provided with the plurality of bidirectional switches;
A command generation unit that generates a control command for PWM control of the plurality of switching elements;
A commutation control unit that performs commutation control by controlling the plurality of switching elements with a commutation pattern having a plurality of steps when the control command is changed,
The commutation controller is
When the control command changes during execution of the commutation control, after executing a takeover step for taking over to the next commutation control, the next commutation control is performed from a step in the middle of the next commutation control. A matrix converter characterized by executing.
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